在现代工业和科技领域，材料的性能往往决定了其应用范围和效率。氮化硅陶瓷作为一种高性能的工程材料，因其优异的物理化学性质而备受关注。尤其是通过常压烧结技术制备的氮化硅陶瓷，不仅保持了传统氮化硅陶瓷的优点，还在某些方面展现了独特的竞争力。
氮化硅陶瓷因其高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特性，在航空航天、机械工业、电子电力、装甲、化工等领域得到了广泛应用。尤其在高温环境下的应用，氮化硅陶瓷因其良好的抗氧化、抗热冲击与机械冲击性能，被认为是陶瓷发动机中许多高温零部件的理想材料。然而，氮化硅陶瓷的强共价键特性使其难以烧结致密化，这在一定程度上限制了其应用范围。
碳化钨（WC）作为硬质合金中的主要硬质相，具有极高的硬度和优异的耐蚀性和耐高温性。在陶瓷领域，引入碳化钨作为增强相，通过适当的工艺手段，可以有效改善氮化硅陶瓷的致密化程度和综合性能。研究表明，通过球磨方法将适量的碳化钨引入氮化硅陶瓷中，能够显著提高其致密化进程和力学性能。
具体而言，采用机械球磨的方法将碳化钨均匀分散在氮化硅粉体中，通过控制球磨时间和球料比，可以控制碳化钨的含量。实验发现，当碳化钨含量为3.9wt%时，常压烧结氮化硅陶瓷的致密化效果最好，相对密度可达到98.5%，室温抗弯强度高达948MPa。这一结果不仅展示了碳化钨作为增强相的潜力，也为制备高性能氮化硅陶瓷提供了新的思路。
进一步的研究表明，碳化钨在烧结过程中有部分固溶到氮化硅基体晶格中，随着碳化钨含量的增加，固溶量逐渐增大。这种固溶现象有助于氮化硅陶瓷的致密化进程及α→β相转变。β相氮化硅陶瓷具有更高的硬度和韧性，因此，碳化钨的引入不仅提高了氮化硅陶瓷的致密度，还改善了其显微结构和力学性能。
此外，碳化钨的引入还产生了弥散增强机制和颗粒钉扎效应。微米级的碳化钨球形颗粒弥散分布在氮化硅陶瓷基质中，能够有效强化氮化硅基体，使得氮化硅陶瓷的抗弯强度进一步增加。在某些条件下，抗弯强度甚至可达到1091.2MPa，比未添加碳化钨的氮化硅陶瓷提高了48.4%。这一显著的性能提升，使得碳化钨增强的氮化硅陶瓷在高温、高压、高负荷等极端条件下具有更广阔的应用前景。
常压烧结氮化硅陶瓷本身具有许多优点，如高温稳定性、优异的绝缘性、高强度与硬度、耐腐蚀性以及适中的热导率等。碳化钨的引入不仅保留了这些优点，还进一步提升了其综合性能。这使得碳化钨增强的氮化硅陶瓷在航空航天、电子电力、化工行业以及机械制造等领域具有更加广泛的应用潜力。
例如，在航空航天领域，碳化钨增强的氮化硅陶瓷可以作为发动机零件、热防护系统等关键部件，承受极端温度和压力条件。在电子电力行业，其良好的绝缘性能使其成为高压电器、电子设备的理想绝缘部件。在化工行业，其耐腐蚀性能够保护设备免受化学腐蚀，延长使用寿命。在机械制造领域，其高强度和硬度使其成为制造刀具、轴承等机械部件的理想材料。
综上所述，碳化钨对常压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响是显著的。通过引入适量的碳化钨，不仅提高了氮化硅陶瓷的致密度和力学性能，还拓展了其应用范围。随着材料科学和制造技术的不断进步，碳化钨增强的氮化硅陶瓷将在更多领域展现出其卓越的性能和广阔的应用前景。这一研究不仅丰富了氮化硅陶瓷材料的应用范围，也为相关行业的技术创新提供了新的可能。
热门跟贴